Hastighet i seg selv kan være en faktor som fascinerer og trekker mange sportsfans til bob-, slede- og skjelettløp ved årets vinter-OL i Beijing. Men bak den fantastiske turen nedover den isdekke sklien ligger mye av fysikkbegrepet. Nøyaktig hvordan idrettsutøvere er i stand til å reagere på fysikken til disse lysbildene, avgjør hvem som vil være raskest og foran kjøperne.

Og Undersøkelser idrettsfysikk. Mange av de spennende nyansene i renessansesport er vanskelig å gå glipp av. Idrettsutøveres bevegelser er ofte for små til å observere når idrettsutøvere plager oss ute og ser ut som uklare flekker på TV-skjermer. Jeg vil tro at deltakerne ikke gjør annet enn å slippe eller skli nedover banen under påvirkning av tyngdekraften. Dette er imidlertid bare en overfladisk idé, og mange forskjellige subtile nyanser av fysikk spiller en rolle i pregingen av gullmedaljer.

Tyngdekraft og energi

Tyngdekraften påvirkes av sleder, skjeletter og bob langs isbassenget. Det «store bildet» av fysikk er klart her: det starter i en viss høyde og deretter «faller» til et lavere punkt, slik at tyngdekraften kan akselerere deg til 90 miles eller så. 145 kilometer i timen.

I år vil løpet foregå på Yangtze-elvens bob- og akebane. Den er omtrent en mil eller 1,6 kilometer lang og den vertikale helningen på banen er 121 meter. Den har 16 kurver, men den bratteste stigningen går opp til 18 %.

Idrettsutøvere oppnår imponerende hastigheter ved å konvertere potensiell energi til kinetisk energi. Potensiell energi representerer lagret energi: den holdes av kropper hevet over jorden og øker når objektet er høyere enn jordens overflate. Når kroppen frigjøres, faller objektet og den potensielle energien forvandles til bevegelse. Kinetisk energi er energien til bevegelige kropper. En baseball kastet inn i vindusruten vil knuse glasset fordi ballen overfører sin kinetiske energi til glasset. Både potensiell og kinetisk energi øker når kroppen er tyngre. Dette betyr at ved en viss hastighet har et firemannsboblag mye mer energi enn en sledeutøver eller et skjelett.

Idrettsutøvere må kontrollere intens kinetisk energi og takle sterke krefter som virker på idrettsutøveren eller idrettsutøverne. Når du svinger med en hastighet på 80 miles eller omtrent 130 kilometer i timen, gjennomgår utøverens kropp en akselerasjon som er fem ganger større for normal akselerasjon av fritt fall. Selv om det kan virke enkelt å kjøre bob, slede eller sideskjelett, er det egentlig ikke det.

Aerodynamikk

De fleste bob- og akebakker er rundt en mil eller 1,6 kilometer lange, og idrettsutøvere tilbakelegger vanligvis denne distansen på i underkant av ett minutt. Sluttresultatet beregnes ved å legge til resultatene fra fire separate turer. Tross alt var forskjellen mellom en gull- og en sølvmedalje ved vinter-OL for menn 2018 ensom 0,026 sekunder. Hver liten feil en idrettsutøver gjør kan bety tapt medalje.

Alle utøvere starter fra samme høyde og sykler på samme bane. Derfor er forskjellen mellom en gullmedalje og en fiasko ikke bestemt av forskjellene i potensiell energi, men av starthastigheten, best mulig baner (kortest mulig distanse) og best mulig aerodynamikk.

Tyngdekraften er det som «trekker» sleder eller bob-utøvere nedover banen, men de kolliderer konstant med luften hele veien. Dette kalles drag – kraften som virker på kroppen når den beveger seg i et gassformig miljø (i dette tilfellet luft). Denne kraften rettes mot kjøreretningen og bremser dermed bevegelsen. Jo bedre aerodynamisk «profil» til utøveren eller hele mannskapet, desto lavere er aerodynamisk luftmotstand og jo høyere oppnåelig hastighet.

For å redusere luftmotstanden prøver sledeutøvere å sove så nærme sleden som mulig. Skjeletter gjør det samme. I bob-lag – både dobler og kvartetter – prøver pusherne å «hindre» vekten så nært som mulig for å redusere overflaten luftpartiklene treffer. Enhver feil som gjøres mens du ligger på en slede eller et skjelett, eller sitter på en bob, reduserer aerodynamikken til en idrettsutøver eller mannskap og fører til knapt merkbare forskjeller som kan koste en medalje. Dessuten er disse feilene vanskelige å rette ved kjøring med høy akselerasjon.

Den korteste veien

Et annet viktig aspekt uten god aerodynamikk som skiller mellom rask eller sakte racing er den valgte banen. Hvis løperne klarer å unngå dårlige svingbaner, unngå sikksakk i kjørebanen, så generelt vil avstanden som skal tilbakelegges være så kort som mulig. Dette betyr ikke bare kortere avstand fra start til mål, men også kortere tid for atleten eller mannskapet å bli utsatt for aerodynamisk motstand og glidende friksjon.

For fans går de nyanserte bevegelsene idrettsutøvere utfører for å kjøre slede, skjelett eller bob ofte ubemerket hen. Bob har to par belter og piloten kjører boben ved å flytte de fremre føringene med styremekanismen. Kjelkene har to trinn med buede ender, som utøverne presser eggene på: rytteren eller rytterens slede styres ved å bevege hodet, skuldrene og belaste eggenes muskler. I skjelettet har ikke idrettsutøvere slike muligheter, så rotasjon skjer ved å utøve press på selve skjelettet, ved hjelp av skuldre og knær. Selv en liten feilbevegelse av hodet kan bety et avvik fra den optimale banen.

Det er vanskelig nok å se alle disse nyansene på TV, men konsekvensene er betydelige: Styrefeil kan føre til dårlige baner og sakte kjøring eller i verste fall krasje i renneveggene og velte.

Selv om det kan virke som at syklistene rett og slett glir på isen i racingsport, er det mange, mange nyanser i «bunnen» av det hele. Tilskuere må flittig følge utøverne og følge dem nøye for å legge merke til disse spennende aspektene ved fysikk i aksjon.

–

Denne artikkelen ble publisert på nytt av The Conversation under en Creative Commons-lisens. Alle artikler på originalspråket kan lese på samtalen.

Forfatteren av artikkelen er John Eric Goff, professor i fysikk ved University of Lynchburg, med spesialisering i sportsfysikk. Gofs studerer blant annet verdenscupens aerodynamikk, modellerer de ulike parameterne i Tour de France, og forsker på for eksempel friksjonen mellom tennissko og overflaten på harde baner.